Precyzyjne tłoczenie metali dla komponentów pojazdów elektrycznych: Materiały, tolerancje i wymagania jakościowe

Elektryczny   Pojazdy składają się z setek maleńkich metalowych elementów, które ułatwiają przenoszenie mocy, tworzą połączenia elektroniczne i wytrzymują ekstremalne temperatury i obciążenia mechaniczne przez lata. Większość z nich to precyzyjne elementy tłoczone z metalu , takie jak zaciski i złącza ładowania, produkowane w dużych ilościach, sięgających milionów sztuk rocznie. Pojedyncza niewspółosiowość małego pręta przesyłowego lub punktu styku może prowadzić do spadku napięcia, lokalnego lub ogólnego rozpraszania ciepła lub uszkodzenia połączenia wewnętrznego w akumulatorze. Tłoczenie klasy motoryzacyjnej jest obecnie zgodne z wymaganiami normy ISO/IATF 16949.

Wielu dostawców pojazdów elektrycznych stosuje tolerancje wymiarów nawet do ±0,001 cala na głównych powierzchniach styku. W tym artykule opisano dobór odpowiednich materiałów, ustalenie docelowych tolerancji, kontrole jakości i inne kluczowe elementy, na które należy zwrócić uwagę przy zakupie tłoczonych części do projektów pojazdów elektrycznych.

Komponenty baterii i styki elektryczne

Akumulatory stanowią prawdopodobnie jeden z najtrudniejszych do prawidłowego wykonania elementów w samochodach elektrycznych. Złącza ogniw, zaciski, sprężyny stykowe – wszystkie znajdują się w szczelnej obudowie akumulatora, gdzie zarówno temperatura, jak i naprężenia mechaniczne rosną przez cały okres eksploatacji pojazdu. Luźny lub utleniony element wewnątrz akumulatora może spowodować lokalne nagrzewanie się lub awarię pojazdu, dlatego tolerancja i dobór materiałów mają tutaj większe znaczenie niż w niemal każdym innym miejscu pojazdu.

Zaciski miedziane i ich rola

Zaciski miedziane stanowią ścieżki przepływu prądu od jednego podzespołu do drugiego, np. ogniw, modułów, a nawet do wiązki elektrycznej pojazdu.

Z czystą miedzią i stopami miedzi takimi jak C1100,C5191,C7025,C18160,C18150 , strata energii jest niewielka. Ich współczynnik przewodności może nawet zbliżać się do 100% IACS, co pozwala na niskie wydzielanie ciepła pod wpływem dużych obciążeń elektrycznych. Grubość zacisków zazwyczaj zaczyna się od 0,2 mm do 1,5 mm, a tłoczone krawędzie powinny być wolne od zadziorów, więc szorstka krawędź jedynie zwiększy rezystancję prądu, a tym samym jego temperaturę na styku z materiałem.

Galwanizacja zapewnia powstanie powłoki ochronnej:

• Cynowanie jest bardzo skuteczne w przypadku zwykłej korozji, gdyż warstwa korozji zapobiega dalszej korozji, a ponadto umożliwia bardzo gładkie lutowanie.
• Powierzchnie pokryte srebrem zapewniają styki o bardzo niskiej rezystancji, dlatego stosuje się je w zaciskach dużej mocy, takich jak ten.
• Części niklowane są odporne na korozję w miejscach, w których temperatura wewnątrz opakowania jest stosunkowo wysoka, dzięki czemu nadają się do długotrwałego stosowania na zewnątrz.

Styki elektryczne i konstrukcja sprężyn

Połączenie elektryczne utrzymywane przez styki sprężynowe jest ważnym aspektem skuteczności i trwałości urządzenia. Tłoczone styki sprężynowe nazywane są tak ze względu na podobieństwo do odłamków pocisków, a same pociski, jak wiadomo, zachowują swój kształt po niezliczonej liczbie cykli wkładania i wyjmowania. Dlatego miedź berylowa i brąz fosforowy są uważane za najlepsze materiały do ​​tego zastosowania, ponieważ zachowują swoje właściwości sprężyste po ciągłym gięciu.

Awaria styku sprężynowego powoduje przerwanie połączenia. W praktyce oznacza to, że wskaźniki na desce rozdzielczej będą się okresowo włączać i wyłączać lub nie będzie prawidłowego ładowania, co zostanie zauważone później i spowoduje wiele problemów.

Szyny zbiorcze   i złącza ładowania

Zastosowanie szyn zbiorczych do przesyłu dużych ilości prądu między akumulatorami, falownikiem i silnikiem jest dość powszechne. Szyny zbiorcze tłoczone, w przeciwieństwie do wiązki przewodów, zapewniają stałą ścieżkę o bardzo niskiej rezystancji, która może przenosić większe prądy na znacznie mniejszym obszarze.

Większość szyn zbiorczych w pojazdach elektrycznych jest wykonana z blachy miedzianej lub aluminiowej o grubości od 1 mm do 4 mm. Po wytłoczeniu są one formowane w taki sposób, aby idealnie pasowały do ​​układu pakietu.

Złącze ładowania niesie ze sobą różne wymagania odnośnie okablowania.

Czasami złącze do szybkiego ładowania prądem stałym może przesyłać ponad 350 kW za pomocą pinów wielkości czubka ołówka; dopiero wtedy widać, że konieczne jest zastosowanie zacisku wykonanego z miedzi lub tłoczonego materiału metalowego, który będzie używany przy złączu, mającego czyste wykończenie powierzchni i bardzo precyzyjnie dopasowanego wewnątrz, aby zapobiec łukowi elektrycznemu lub przegrzaniu podczas sesji ładowania.

Wśród części, które Fortuna Metals produkuje do ładowania broni, znajdują się miedziane zaciski przeznaczone do programów pojazdów o nowej energii, które firma musi wytrzymywać z rygorystycznymi tolerancjami, ponieważ nasze cykle podłączania i odłączania ciągle trwają.

Kluczowe parametry do sprawdzenia w przypadku szyn zbiorczych

Gdy będziesz chciał uzyskać akceptację projektu szyny zbiorczej, nie zapomnij poprosić dostawcę o następujące specyfikacje:

Sprawdź, czy aktualna wydajność nie jest oparta wyłącznie na średnim zużyciu; należy wziąć pod uwagę również rzeczywiste warunki pracy.

• Grubość powłoki powierzchni styku, mierzona zazwyczaj w mikronach
• Równość na całej długości szyny zbiorczej, ponieważ wygięty element będzie powodował różne ciśnienia styku
• Powłoka izolacyjna stosowana, gdy część szyny zbiorczej znajduje się blisko innych przewodzących części

Wybór materiałów pod kątem przewodności i odporności na korozję

Być może słyszałeś, że materiały wykorzystywane w różnych podzespołach pojazdów elektrycznych są narażone na działanie substancji chemicznych obecnych w akumulatorach, soli drogowej i płynu chłodzącego, nie wspominając o ciągłym ruchu spowodowanym wibracjami, które towarzyszą jeździe tymi samochodami.

Wybór materiałów musi zatem uwzględniać przewodność elektryczną, a także być wytrzymały i odporny na korozję przez długi czas. Każda awaria podzespołu przed terminem to ogromny koszt w kontekście wymiany gwarancyjnej, a nawet, jeśli dotyczy podzespołów związanych z bezpieczeństwem, sytuacja zagrażająca życiu.

Miedź   Przewodnik ma najlepszą przewodność elektryczną, ale musi być pokryty powłoką galwaniczną lub powłoką, aby chronić go przed wilgocią wewnątrz akumulatora. Aluminium ma gorszą przewodność, ale jest znacznie lżejsze – cecha ceniona w pojazdach elektrycznych, gdzie masa akumulatora bezpośrednio wpływa na zasięg. Często spotykane są wsporniki konstrukcyjne wykonane ze stali nierdzewnej, w których znajdują się moduły akumulatorowe, ponieważ kluczowymi czynnikami są wytrzymałość mechaniczna i odporność na rdzę, a nie przewodność elektryczna.

Spójność wymiarów w produkcji

Pojazdy współdzielone muszą być bardzo wytrzymałe, a jednocześnie, oczywiście, trwa produkcja akumulatorów, dlatego konieczna jest spójność w zakresie produkowanych części. Innymi słowy, dostawca musi upewnić się, że tolerancja dla części numer jeden i części numer milion pozostaje taka sama. Spójność wymiarów opiera się na kontrolowaniu zużycia matryc, konserwacji pras i kontroli w trakcie procesu. Sprawdzając dostawcę, należy pamiętać o tych czynnościach.

• Używaj wykresów kontroli procesu tylko w przypadku wymiarów krytycznych
• Do kontroli jakości każdej wyprodukowanej partii stosuj współrzędnościową maszynę pomiarową
• Konserwację matrycy należy przeprowadzać na podstawie liczby uderzeń, a nie wyłącznie na podstawie kontroli wizualnej
• Dostawcy modułów akumulatorowych powinni dostarczać raporty z kontroli pierwszego artykułu dla wszystkich nowo opracowanych narzędzi po fazie pobierania próbek i przed rozpoczęciem produkcji seryjnej

Dostawca, który nie przeprowadza takich kontroli, może dostarczać części zgodne ze specyfikacjami pierwszego dnia, ale stopniowo odbiegające od nich w ciągu sześciu miesięcy, co może skutkować problemami z linią montażową, które ujawniają się daleko od prasy tłoczącej.

Wsporniki i elementy konstrukcyjne

Nie wszystkie tłoczone części w pojeździe elektrycznym przewodzą prąd. Wsporniki służą głównie do podtrzymywania modułów akumulatorów, wiązek przewodów i przewodów chłodzących wewnątrz pojazdu przez cały okres jego użytkowania. Elementy te są narażone na ciągłe drgania spowodowane nawierzchnią oraz zmiany temperatury wynikające z bliskości akumulatorów. Dlatego odporność na zmęczenie materiału jest równie ważna, jak jego wytrzymałość. Zarówno stal nierdzewna, jak i powlekana stal węglowa są często stosowane w wspornikach; ich wybór zazwyczaj opiera się na ograniczeniach wagowych i potencjale narażenia miejsca montażu na korozję.

Wymagania jakościowe, które mają największe znaczenie

IATF 16949 to zestaw norm jakości stosowanych w szczególności przez dostawców w łańcuchu dostaw branży motoryzacyjnej lub części. Dostawcy posiadający akredytację w zakresie systemów zarządzania środowiskowego IATF 16949, ISO 9001 i ISO 14001 przeszli szereg audytów obejmujących kontrolę procesów, identyfikowalność i ciągłe doskonalenie. Fortuna Metals posiada certyfikaty IATF 16949: 2016, ISO 9001: 2015 i ISO 14001: 2015. Jest to certyfikowana firma tłocząca, która wykorzystuje ponad 80 pras tłoczących do tłoczenia o nacisku od 25 do 300 ton oraz ponad 40 maszyn CNC do innych zadań.

Oprócz certyfikacji, oto lista rzeczy związanych z dostawcami, które warto poznać:

• Identyfikowalność materiału na podstawie certyfikatu młyna dla każdej rolki lub zwoju
• Zgodność z przepisami dotyczącymi ochrony środowiska i raportowanie, w tym CBAM dla części wysyłanych do UE
• Być może nie będzie trzeba czekać tak długo, jeśli matryca będzie wymagała regulacji; dlatego też możliwość zaprojektowania i naprawy narzędzi na miejscu może okazać się niezbędna.
• Jeśli podzespół pojazdu elektrycznego jest eksportowany z kilku krajów, a następnie montowany w procesie końcowego montażu, prawdopodobnie potrzebna będzie firma z doświadczeniem w eksporcie międzynarodowym.

Ostatnie myśli

Strony   Produkcja pojazdów elektrycznych zazwyczaj wymaga zastosowania wysoce precyzyjnej metody tłoczenia metalu, aby móc wytwarzać tak delikatne produkty. Utrzymanie stałości przewodnictwa, odporności na korozję i właściwości wymiarowych ogromnej liczby komponentów przez długi czas to bardzo trudne, ale jednocześnie niezbędne zadanie dla każdej fabryki tłoczenia metalu. Współpraca z dostawcą, który posiada odpowiednie certyfikaty motoryzacyjne, własne zaplecze narzędziowe i ugruntowaną pozycję w produkcji takich produktów, jak zaciski miedziane, szyny zbiorcze i złącza ładowania, z pewnością zapewni Twojemu programowi rozwoju projektu solidniejszą podstawę, od fazy prototypu aż po pełną skalę produkcyjną.

Chcesz, aby części tłoczone w Twoim samochodzie były odporne na zastosowania w pojazdach elektrycznych? Odwiedź dgmetalstamping.com aby zobaczyć, co możemy zaoferować w zakresie ogniw akumulatorowych, portów ładowania i elementów połączeniowych lub zadzwoń do naszych inżynierów już dziś, aby otrzymać indywidualną wycenę.

Często zadawane pytania

1. Jakiej tolerancji wymagają zazwyczaj części tłoczone w pojazdach elektrycznych?

Najważniejsze części, takie jak styki, są utrzymywane z dużo większą tolerancją od ±0,001 do ±0,003 cala. Części stosowane w przemyśle nie są zazwyczaj tak ścisłe!

2. Dlaczego w zaciskach i szynach zbiorczych pojazdów elektrycznych stosuje się miedź?

Aby zachować bardzo niską rezystancję przy dużym obciążeniu prądem, najlepszym rozwiązaniem jest miedź o przewodności 100%.

3. Jaki certyfikat powinien posiadać dostawca części do pojazdów elektrycznych?

Certyfikat IATF 16949:2016, a także certyfikaty ISO 9001:2015 i ISO 14001:2015 dla systemów zarządzania jakością i zarządzania środowiskowego

4. Jakiej grubości są typowe szyny zbiorcze stosowane w zestawach akumulatorów pojazdów elektrycznych?

Większość z nich ma grubość od 1 mm do 4 mm i różni się w zależności od tego, ile miejsca jesteśmy w stanie na nie dać, a także od tego, jakiemu obciążeniu prądowemu będzie poddawany dany element.

5. Dlaczego spójność wymiarowa ma większe znaczenie w produkcji pojazdów elektrycznych?

Ponieważ serie produkcyjne pojazdów elektrycznych są bardzo długie i potrzebne są bardzo duże ilości części, nawet niewielkie odchylenia, które kumulują się z czasem, mogą w dłuższej perspektywie doprowadzić do problemów z montażem i poważnych zagrożeń bezpieczeństwa.